As nuvens de Júpiter encobrem algo grandioso

Agora, os cientistas deram um grande passo em direção à resolução desse mistério. Um novo estudo liderado por pesquisadores da Universidade de Chicago e do Jet Propulsion Laboratory produziu o modelo mais detalhado da atmosfera de Júpiter já criado. O trabalho fornece uma visão mais profunda do interior do planeta sem a necessidade de descer fisicamente em suas profundezas esmagadoras.

Uma das principais descobertas do estudo ajuda a resolver um debate de longa data sobre a composição de Júpiter. Os pesquisadores estimam que o gigante gasoso contém aproximadamente uma vez e meia mais oxigênio do que o sol. Esse resultado aprimora a compreensão dos cientistas sobre como Júpiter e o restante do sistema solar se formaram.

“Esse é um debate de longa data nos estudos planetários,” disse Jeehyun Yang, um pesquisador de pós-doutorado na UChicago e autor principal do estudo. “É um testemunho de como a última geração de modelos computacionais pode transformar nossa compreensão de outros planetas.”

O estudo foi publicado em 8 de janeiro na The Planetary Science Journal.

Tempestades, Nuvens e Pistas Químicas

Astrônomos têm observado a turbulenta atmosfera de Júpiter por séculos. Mais de 360 anos atrás, as primeiras observações telescópicas revelaram uma característica massiva e persistente na superfície do planeta.

Essa característica agora é conhecida como a Grande Manchinha Vermelha, uma colossal tempestade com aproximadamente o tamanho duas vezes maior que a Terra, que já perdura por centenas de anos. É apenas uma parte de um sistema planetário de ventos violentos e nuvens densas que cobrem Júpiter em quase movimento constante.

Embora essas tempestades sejam visíveis de longe, o que se encontra abaixo delas permanece em grande parte desconhecido. As nuvens de Júpiter são tão densas que a sonda Galileo da NASA perdeu contato com a Terra quando mergulhou na atmosfera do planeta em 2003. Atualmente, a missão Juno da NASA estuda Júpiter a partir da órbita, coletando dados a uma distância segura.

Da órbita, os cientistas podem identificar produtos químicos na atmosfera superior, incluindo amônia, metano, hidrossulfeto de amônio, água e monóxido de carbono. Os pesquisadores combinam essas medições com reações químicas conhecidas para inferir o que pode estar acontecendo mais profundamente abaixo das nuvens.

Ainda assim, estudos anteriores chegaram a conclusões conflitantes, especialmente ao estimar quanta água e oxigênio Júpiter contém. Yang reconheceu que novas técnicas de modelagem poderiam ajudar a resolver essas divergências.

Uma Nova Maneira de Modelar a Atmosfera de Júpiter

A atmosfera de Júpiter é um labirinto químico. As moléculas se movem entre temperaturas escaldantes nas profundezas do planeta e regiões mais frias acima, mudando entre diferentes estados e rearranjando-se através de milhares de reações. Além disso, nuvens e gotículas se formam, dissolvem e interagem com seu entorno.

Para capturar toda essa complexidade, Yang e seus colegas combinaram a química atmosférica com a hidrodinâmica em um único modelo. Essa abordagem permite que a simulação acompanhe tanto as reações químicas quanto o movimento de gases, nuvens e gotículas juntos.

“Você precisa de ambos,” disse Yang. “A química é importante, mas não inclui gotículas de água ou o comportamento das nuvens. A hidrodinâmica sozinha simplifica a química em excesso. Portanto, é importante unir os dois.”

Essa abordagem combinada não tinha sido feita antes nesse nível de detalhe, e resultou em várias percepções importantes.

Oxigênio, Água e Origens Planetárias

O modelo produziu uma nova estimativa do conteúdo de oxigênio de Júpiter, apontando novamente para um valor de cerca de uma vez e meia aquele do sol. Isso contrasta com um estudo recente de alto perfil que sugeriu que Júpiter poderia conter apenas cerca de um terço da quantidade de oxigênio.

Definir esse número é importante porque o oxigênio desempenha um papel fundamental na formação planetária. Os elementos que compõem os planetas e os seres vivos se originaram no sol, mas suas proporções podem variar de mundo para mundo. Essas diferenças oferecem pistas sobre como os planetas se formaram e de onde vieram.

Uma questão em aberto é se Júpiter se formou onde atualmente orbita ou se migrou ao longo do tempo. Grande parte do oxigênio do planeta está presa na água, que se comporta de maneira muito diferente dependendo da temperatura. Mais longe do sol, a água congela em gelo, que é mais fácil para planetas em formação coletarem do que vapor d’água.

Compreender essas condições não explica apenas o passado de Júpiter. Também ajuda os cientistas a prever quais tipos de planetas podem se formar ao redor de outras estrelas e quais deles poderiam potencialmente suportar vida.

Uma Atmosfera Mais Lenta e Misteriosa

O modelo também sugere que a atmosfera de Júpiter circula de forma muito mais lenta do que os cientistas acreditavam anteriormente. O movimento vertical dos gases parece estar dramaticamente reduzido em comparação com as suposições padrão.

“Nosso modelo sugere que a difusão precisaria ser de 35 a 40 vezes mais lenta do que o que foi a suposição padrão,” disse Yang. Em vez de mover-se através de uma camada atmosférica em horas, uma única molécula pode levar várias semanas.

“Isso realmente mostra quanto ainda temos que aprender sobre os planetas, mesmo dentro do nosso próprio sistema solar,” disse Yang.

Financiamento: NASA, Caltech-Jet Propulsion Laboratory.